Рассеивание мощности

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Калькулятор (или карандаш и бумага для арифметики).
• Аккумулятор на 6 В
• Два резистора по 1/4 Вт:10 Ом и 330 Ом.
• Маленький термометр

Значения резистора не обязательно должны быть точными, но должны находиться в пределах пяти процентов от указанных значений (+/- 0,5 Ом для резистора 10 Ом; +/- 16,5 Ом для резистора 330 Ом).

Цветовые коды для резисторов 10 Ом и 330 Ом с допуском 5% следующие:коричневый, черный, черный, золотой (10, +/- 5%) и оранжевый, оранжевый, коричневый, золотой (330, +/- 5%). .

Не используйте для этого эксперимента батареи любого размера, кроме 6 В.

Термометр должен быть как можно меньше, чтобы облегчить быстрое обнаружение тепла, выделяемого резистором.

Я рекомендую медицинский термометр, который используется для измерения температуры тела.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 2:«Закон Ома»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Использование вольтметра
• Использование амперметра
• Использование омметра
• Использование закона Джоуля
• Важность номинальной мощности компонентов
• Значение электрически общих точек

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Измерьте сопротивление каждого резистора омметром, записав точные значения на листе бумаги для дальнейшего использования.

Подключите резистор 330 Ом к батарее на 6 В с помощью пары перемычек, как показано на рисунке.

Подключите перемычки к клеммам резистора перед . подключив другие концы к батарее.

Это гарантирует, что ваши пальцы не касаются резистора при подаче питания от батареи.

Вы можете спросить, почему я не рекомендую физический контакт с включенным резистором. Это связано с тем, что при питании от аккумулятора он нагревается.

Вы будете использовать термометр для измерения температуры каждого резистора при включении.

Подключив резистор 330 Ом к батарее, измерьте напряжение вольтметром.

При измерении напряжения есть несколько способов получить правильные показания.

Напряжение можно измерять непосредственно на батарее или непосредственно на резисторе.

Напряжение батареи такое же, как напряжение резистора в этой схеме, поскольку эти два компонента имеют один и тот же набор электрически общих точек:одна сторона резистора напрямую подключена к одной стороне батареи, а другая сторона резистора подключена напрямую. на другую сторону батареи.

Все точки контакта вдоль верхнего провода на рисунке (окрашены красным) электрически являются общими друг для друга.

Все точки контакта вдоль нижнего провода (окрашенного в черный цвет) также электрически общие.

Напряжение, измеренное между любой точкой верхнего провода и любой точкой нижнего провода, должно быть одинаковым.

Напряжение измерено между любыми двумя общими точками однако должно быть равно нулю.

С помощью амперметра измерьте ток в цепи. Опять же, не существует единственного «правильного» способа измерения тока, пока амперметр находится внутри пути прохождения потока . электронов через резистор, а не через источник напряжения.

Для этого сделайте разрыв цепи и поместите амперметр внутрь этот разрыв:подключите два тестовых щупа к двум проводам или концам клемм, оставленным открытыми от разрыва. Один из возможных вариантов показан на следующей иллюстрации:

Теперь, когда вы измерили и записали сопротивление резистора, напряжение цепи и ток цепи, вы готовы рассчитать мощность . рассеивание.

В то время как напряжение - это мера электрического "толчка", побуждающего электроны двигаться по цепи, а ток - это мера скорости потока электронов, мощность - это мера скорости работы :насколько быстро работа выполняется в цепи.

Чтобы протолкнуть электроны через сопротивление, требуется определенная работа, а мощность - это описание того, как быстро эта работа ведется.

В математических уравнениях мощность обозначается буквой «P» и измеряется в ваттах (Вт).

Мощность может быть рассчитана с помощью любого из трех уравнений, вместе называемых законом Джоуля, для любых двух из трех величин напряжения, тока и сопротивления:

Попробуйте вычислить мощность в этой цепи, используя три измеренных значения напряжения, тока и сопротивления.

В любом случае, показатель рассеиваемой мощности должен быть примерно таким же.

Предполагая, что батарея с напряжением 6000 вольт и резистор равным 330 Ом, рассеиваемая мощность составит 0,1090909 Вт, или 109,0909 милливатт (мВт), если использовать метрический префикс.

Поскольку номинальная мощность резистора составляет 1/4 Вт (0,25 Вт или 250 мВт), он более чем способен выдержать такой уровень рассеиваемой мощности.

Поскольку фактический уровень мощности составляет почти половину номинальной мощности, резистор должен заметно нагреваться, но не слишком . тепло.

Прикоснитесь концом термометра к середине резистора и посмотрите, насколько он нагреется.

Номинальная мощность любого электрического компонента не говорит нам, сколько мощности он будет рассеивается, но просто сколько энергии это может рассеяться, не получив повреждений.

Если фактическое количество рассеиваемой мощности превышает номинальную мощность компонента, этот компонент будет повышать температуру до точки повреждения.

Для иллюстрации отключите резистор 330 Ом и замените его резистором 10 Ом. Опять же, не прикасайтесь к резистору после замыкания цепи, так как он быстро нагреется.

Самый безопасный способ сделать это - отсоединить одну перемычку от клеммы аккумулятора, затем отсоединить резистор 330 Ом от двух зажимов типа «крокодил», затем подключить резистор 10 Ом между двумя зажимами и, наконец, снова подсоединить перемычку обратно к батарее. терминал.

Внимание:держите резистор 10 Ом вдали от легковоспламеняющихся материалов, когда он работает от батареи!

У вас может не хватить времени для измерения напряжения и тока, прежде чем резистор начнет дымиться.

При первых признаках бедствия отсоедините одну из перемычек от клеммы аккумулятора, чтобы прервать ток в цепи, и дайте резистору несколько секунд остыть.

При отключенном питании измерьте сопротивление резистора омметром и отметьте любое существенное отклонение от исходного значения.

Если сопротивление резистора по-прежнему находится в пределах +/- 5% от заявленного значения (от 9,5 до 10,5 Ом), повторно подключите перемычку и дайте ей немного покурить.

Какую тенденцию вы замечаете в отношении номинала резистора, поскольку он все больше и больше повреждается из-за превышения мощности?

Обычно резисторы выходят из строя с сопротивлением, превышающим нормальный, при перегреве.

Это часто самозащитный режим отказа, так как повышенное сопротивление приводит к меньшему току и (как правило) меньшему рассеянию мощности, снова охлаждая его. Однако нормальное значение сопротивления резистора не вернется при значительном повреждении.

Снова выполнив некоторые расчеты по закону Джоуля для мощности резистора, мы обнаружили, что резистор 10 Ом, подключенный к батарее на 6 В, рассеивает около 3,6 Вт мощности, что составляет примерно 14,4 раза его номинальная мощность рассеивания. Неудивительно, что он так быстро дымит после подключения к аккумулятору!

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица "Энергия, работа и мощность"